Где не работают законы физики? Почему чёрные дыры всё ещё ломают физику, а учёные не могут договориться
В самом сердце современной физики зияет рана. Её имя — сингулярность. Это концепция, которая одновременно и венчает величайшую теорию гравитации Эйнштейна, и полностью её уничтожает. Представьте точку с бесконечной плотностью и нулевым объёмом, где само пространство-время рвётся на части, а известные нам законы перестают работать. Это не просто научная экзотика; это фундаментальный парадокс, который десятилетиями не даёт покоя лучшим умам планеты.
Недавно группа физиков под руководством Роби Хеннигара заявила, что нашла элегантный способ «залечить» эту рану. Но, как это часто бывает в науке, эйфория была недолгой. Жёсткая критика со стороны коллег, в частности физика-теоретика Никодема Поплавски, не просто ставит под сомнение новое решение, но и ярко подсвечивает, насколько мы далеки от понимания самых загадочных объектов во Вселенной.
Проблема на краю Вселенной
Чтобы понять суть спора, нужно осознать, насколько сингулярность неудобна для физики. Общая теория относительности (ОТО) прекрасно описывает гравитацию как искривление пространства-времени массивными объектами. Она с невероятной точностью предсказала всё: от орбиты Меркурия до гравитационных волн. Но когда дело доходит до центра чёрной дыры, её же собственные уравнения выдают бессмыслицу — бесконечность.
Это всё равно что в математике получить деление на ноль. Результат не имеет физического смысла. Получается, что теория, породившая чёрные дыры, бессильна объяснить, что у них внутри. Для физиков это не просто досадная мелочь, а признак того, что наша картина мира неполна. Поэтому «убийство сингулярности» стало своего рода священным Граалем для теоретиков.
Элегантное решение или математическая фантазия?
И вот, команда Хеннигара предлагает свой выход. Их идея на первый взгляд изящна: давайте немного подправим уравнения Эйнштейна. Они ввели в свою модель так называемую эффективную теорию, которая меняет поведение гравитации в экстремальных условиях. Главный «трюк» — добавление пятого измерения.
В их модели ужасающая сингулярность исчезает. Вместо неё в центре чёрной дыры появляется некая статичная, хотя и чрезвычайно искривлённая, область. Проблема решена? Не совсем. Как отметил Никодем Поплавски, это решение порождает ещё больше вопросов.
Три удара по новой теории
Критика Поплавски бьёт по самым уязвимым местам новой гипотезы.
- Призрачные измерения. Идея о дополнительных измерениях не нова. Та же теория струн оперирует 10 или 11 измерениями. Проблема в том, что за десятилетия поисков мы не нашли ни малейшего экспериментального намёка на их существование. Вводить пятое измерение, чтобы решить проблему в четырёх, — это как тушить пожар бензином. Вы решаете одну загадку, но создаёте другую, ещё более фундаментальную.
- Застывшее сердце. Модель Хеннигара предполагает, что область в центре чёрной дыры статична. Но это прямо противоречит предсказаниям самой ОТО. Согласно уравнениям Эйнштейна, внутри горизонта событий — точки невозврата — пространство-время не может быть неподвижным. Оно неумолимо течёт к центру. Представлять его статичным — значит игнорировать базовые принципы той самой теории, которую пытаешься исправить.
- Подгонка под ответ. Пожалуй, самый веский аргумент Поплавски — обвинение в использовании приёма «ad hoc», то есть введения правил исключительно для получения желаемого результата. По его словам, команда добавила в уравнения «бесконечное число членов» лишь с одной целью — избавиться от сингулярности. У этого действия нет глубокого физического обоснования; это скорее математическая эквилибристика, чем физическая теория. Это похоже не на открытие нового закона природы, а на написание его вручную, чтобы он соответствовал ожиданиям.
А что, если мы сами — решение?
Итак, если эта красивая теория не работает, что остаётся? Главный кандидат на решение проблемы сингулярности — это долгожданный синтез общей относительности и квантовой механики, так называемая «квантовая гравитация». Но и здесь пока тупик. Ведущие гипотезы, вроде теории струн, как мы уже поняли, сами страдают от недостатка доказательств и избытка версий, что делает их практически нефальсифицируемыми.
И тут Поплавски предлагает свою, ещё более ошеломляющую идею. Он задаётся вопросом: а как мы вообще можем проверить, что происходит внутри чёрной дыры, если оттуда не может вырваться даже свет? Его ответ звучит как научная фантастика: мы сможем это узнать, только если наша Вселенная сама родилась внутри чёрной дыры.
Эта гипотеза, над которой он работает с 2010 года, переворачивает всё с ног на голову. Если это так, то мы можем изучать свойства «родительской» чёрной дыры, исследуя реликтовое излучение, гравитационные волны и другие отголоски Большого взрыва — момента рождения нашей Вселенной. В таком сценарии загадка перестаёт быть чисто наблюдательной и становится частью нашей собственной космологической истории.
Путь длиной в столетие
Так что же в итоге? Сингулярность по-прежнему остаётся непокорённой вершиной. Дискуссия вокруг работы Хеннигара и критики Поплавски — это не история неудачи, а яркая демонстрация научного метода в действии. Гипотезы выдвигаются, проверяются на прочность и либо отбрасываются, либо становятся ступенькой для следующих теорий.
Сам Поплавски напоминает, что для подтверждения существования гравитационных волн, предсказанных Эйнштейном, человечеству понадобилось сто лет. Возможно, для разгадки тайны чёрных дыр нам потребуется не меньше времени.
Ответ всё ещё скрыт за горизонтом событий. И, похоже, человечеству понадобится ещё много терпения — и, возможно, несколько ещё более дерзких идей, — чтобы наконец заглянуть внутрь.